水热法制备氮掺杂TiO 2 纳米棒及其性能的研究

发布时间：2021-10-18 15:25

　　TiO₂作为半导体具有比较高的催化性能,但在可见光领域,TiO₂却应用较少,通过元素掺杂可使材料在可见光下具有光催化性能。本论文采用水热法,在ITO玻璃基板上制备了TiO₂纳米棒,并且探究了各种实验条件对纳米棒晶型,形貌,光催化性能和亲水性能的影响。并进一步以氨水为氮源对已经制备好的TiO₂纳米棒进行了氮掺杂实验,同样探究了氨水的添加量和反应温度对掺杂氮元素含量的影响。并且对比了掺杂前后样品光催化性能和亲水性能的差异。采用XRD、SEM、TEM、UV-VIS和XPS等技术手段对制备样品进行了表征和测试。本课题研究结果表明:在ITO玻璃基板上通过一步水热法成功的制备出了高密度单晶的金红石相TiO₂纳米棒。纳米棒的直径在90nm,长度为2μm。纳米棒沿着（101）晶面生长。研究了不同反应参数对TiO₂纳米棒晶相及形貌的影响。随着TiCl₄添加量的增大,反应物原料增多,促使反应进行,生成越来越多的二氧化钛晶体,当TiCl₄

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 概述
    1.2 TiO_2光催化机理
        1.2.1 TiO_2的结构
        1.2.2 TiO_2的催化机理和能带结构
    1.3 纳米TiO_2的制备方法
    1.4 纳米TiO_2的其他特性
        1.4.1 超亲水性
        1.4.2 电荷传输特性
        1.4.3 光学特性
    1.5 纳米TiO_2光催化作用的影响因素
        1.5.1 温度和值的影响
        1.5.2 载体对催化剂性能的影响
        1.5.3 量子效率
    1.6 提高纳米TiO_2材料的催化性能
        1.6.1 金属离子掺杂
        1.6.2 非金属离子掺杂
        1.6.3 表面光敏化
        1.6.4 半导体对TiO_2的修饰
    1.7 纳米TiO_2材料与载体结合
        1.7.1 结合方法
        1.7.2 载体作用和分类
    1.8 本课题意义和创新点
        1.8.1 立题依据及意义
        1.8.2 研究内容
        1.8.3 创新点
第2章 ITO/TiO_2复合材料的制备与表征
    2.1 基础实验耗材
    2.2 仪器装置和设备
    2.3 实验操作
        2.3.1 制备前期预处理
        2.3.2 实验工艺流程
        2.3.3 ITO基板上沉积TiO_2纳米棒阵列的操作步骤
        2.3.4 TiO_2纳米棒氮元素掺杂的操作步骤
        2.3.5 光催化反应的实验操作
    2.4 检测设备及原理
        2.4.1 X射线衍射(XRD)
        2.4.2 环境扫描电子显微镜(ESEM)
        2.4.3 透射电子显微镜(TEM)及能量色散X光谱(EDX)
        2.4.4 X射线光电子能谱仪(XPS)
        2.4.5 可见吸收光谱检测
        2.4.6 亲水性测试
第3章 水热法制备二氧化钛纳米棒及其性能的研究
    3.1 水热法制备的TiO_2纳米棒阵列的形成与机理研究
        3.1.1 ITO基板上TiO_2纳米棒阵列的形成及表征
        3.1.2 TiO_2纳米棒阵列在ITO玻璃上的生长机理
    3.2 TiC_(l4) 用量对TiO_2纳米棒阵列的制备及性能的影响
        3.2.1 XRD分析
        3.2.2 形貌分析
        3.2.3 TiC_(l4) 含量对样品光催化性能的影响
        3.2.4 TiC_(l4) 添加量对样品亲水性能的影响
    3.3 反应时间对TiO_2纳米棒阵列的制备及性能的影响
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 形貌分析
        3.3.3 反应时间对样品光催化性能的影响
        3.3.4 反应时间对样品亲水性能的影响
    3.4 盐酸浓度对TiO_2纳米棒阵列的制备及性能的影响
        3.4.1 XRD分析
        3.4.2 形貌分析
        3.4.3 盐酸浓度对样品光催化性能的影响
        3.4.4 盐酸浓度对样品亲水性能的影响
    3.5 反应温度对TiO_2纳米棒阵列的制备及性能的影响
        3.5.1 XRD分析
        3.5.2 形貌分析
        3.5.3 反应温度对样品光催化性能的影响
        3.5.4 反应温度对样品亲水性能的影响
    3.6 退火温度对TiO_2纳米棒阵列的制备及性能的影响
        3.6.1 XRD分析
        3.6.2 形貌分析
        3.6.3 退火温度对样品光催化性能的影响
        3.6.4 反应温度对样品亲水性能的影响
第4章 氮元素掺杂对二氧化钛纳米棒及其性能的影响
    4.1 XPS分析
    4.2 氨水的加入量对TiO_2纳米棒阵列的掺杂氮含量及性能的影响
        4.2.1 氨水的添加量对样品掺杂的氮含量的影响
        4.2.2 氨水的添加量对掺杂氮样品光催化性能的影响
        4.2.3 氨水的添加量对掺杂氮样品亲水性能的影响
    4.3 反应温度对TiO_2纳米棒的掺杂氮含量及性能的影响
        4.3.1 反应温度对样品掺杂的氮含量的影响
        4.3.2 反应温度对掺杂氮样品光催化性能的影响
        4.3.3 反应温度对掺杂氮样品亲水性能的影响
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]具有高活性（001）晶面的TiO2纳米方块的制备及光催化性能[J]. 万建风,胡德圣,卢朋辉,林碧洲,陈亦琳,高碧芬.  无机材料学报. 2016(08)
[2]Fe掺杂TiO2纳米线阵列的制备及光催化性能研究[J]. 彭淑静,唐立丹,王冰.  电子元件与材料. 2016(08)
[3]TiO2/SiO2二元氧化物薄膜的制备与表征[J]. 阚春.  科技资讯. 2009(36)
[4]改性纳米二氧化钛的制备及其对硝基苯废水的光催化降解[J]. 卢俊彩,陈火林,李首建.  西南大学学报(自然科学版). 2009(09)
[5]稀土掺杂TiO2光催化抗菌材料的制备与性能研究[J]. 姜莉,刘奎仁,简小琴,王恩德.  东北大学学报(自然科学版). 2007(09)
[6]纳米二氧化钛的水热法制备及光催化研究进展[J]. 肖逸帆,柳松.  硅酸盐通报. 2007(03)
[7]溶胶-凝胶技术研究及其应用[J]. 胡光辉.  重庆工业高等专科学校学报. 2005(01)
[8]TiO2薄膜制备及其氧敏特性[J]. 戴振清,孙以材,潘国峰,孟凡斌,李国玉.  半导体学报. 2005(02)
[9]纳米TiO2的制备研究进展[J]. 刘朝晖,杨怀霞,沈新元,董会超,温丽.  河南化工. 2002(08)
[10]敏化TiO2纳米晶太阳能电池[J]. 吕笑梅,方靖淮,陆祖宏.  功能材料. 1998(06)

博士论文
[1]玻璃纤维负载TiO2光催化填料的制备及应用研究[D]. 王西峰.西安建筑科技大学 2013
[2]TiNi形状记忆合金与不锈钢异种材料激光焊研究[D]. 李洪梅.吉林大学 2011
[3]纳米二氧化钛的合成，改性及光催化性能研究[D]. 胡绍争.大连理工大学 2010
[4]金属离子掺杂二氧化钛光催化剂的改性研究[D]. 刘秀华.中国工程物理研究院 2007
[5]氮气放电在氮掺杂及氮化物合成中的应用[D]. 沈宏.复旦大学 2006

硕士论文
[1]金属氧化物纳米材料的制备及光催化性能研究[D]. 刘煌.重庆理工大学 2015
[2]可见光催化薄膜复合体系应用于悬浮玻璃珠光催化反应器的研究[D]. 李虎.上海师范大学 2013
[3]氮掺杂TiO2和TiO2/SiO2的制备及光催化性能的研究[D]. 刘义.华南理工大学 2010



本文编号：3443036